生物质乙醇技术以及发展前景

生物质乙醇技术

随着全球变暖、化石能源日渐消耗等，引发了人们对新型、可再生能源的深刻思考。如巴西、美国、中国等国正积极开发、利用生物质燃料乙醇生产技术。但如果一如既往以大量粮食生产燃料乙醇势必和人“争食”、“争地”，造成人类生存隐患，走“非粮”路线是大势所趋。其中，纤维素地球贮量丰富，其能量来自太阳，通过光合作用固定下来，取之不尽，用之不竭，各国正如火如荼地进行着相关研究。

乙醇的结构简式为C2H5OH，俗称酒精，它在常温、常压下是一种易燃、易挥发

的无色透明液体，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味，并略带刺激性。乙

醇的用途很广，可用乙醇来制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上也常

用体积分数为70%——75%的乙醇作消毒剂等。

一生物质能源的发展前景

随着中国经济的高速增长，以石化能源为主的能源消费量剧增，在过去的20多年里，中国能源消费总量增长了2.6倍，对环境的压力越来越大。2003年，中国二氧化碳排放量达到8.23亿吨，居世界第二位。2025年前后，中国二氧化碳排放量可能超过美国而居首位。2003年，中国二氧化硫的排放量也超过了2000万吨，居世界第一位，酸雨区已经占到国土面积的30%以上。中国二氧化碳排放量的70%、二氧化硫排放量的90%、氮氧化物排放量的2／3均来自燃煤。预计到2020年，氧化硫和氮氧化物的排放量将分别超过中国环境容量30%和46%。根据我国的可持续发展战略，生物质能源的发展具有良好的发展前景。

二生物质能源的介绍

2.1生物质

生物质( biomass，生态学中常译为生物量)是在讨论生物能源( bioenergy)

时常用的一个术语,指地球上所有活的和死的生物物质以及新陈代谢产物的总

称。具体来说,生物质资源( biomass resources)包括:所有动物和植物及其排泄

物、农业和林业的废弃物、食品加工和林产品加工的下脚料、餐饮业的残羹、城市固体废弃物(municipal solid waste,MSW) 、生活污水( sewage) 、工业废水( black liquor)等。据估算,地球上每年生产的生物质总量约1400～1800亿t (干物质)。生物质是储存太阳能的独特单元,其内部蕴含着巨大的生物质能( biomass power) ,而这些能量最初来源于自养生物的光和作用。生物质作为唯一可再生碳源,兼具无净碳排放、硫含量低和可生物降解等环境友好以及廉价的特点,这使得生物质能源成为世界各国竞相发展的可再生能源之一。

2.2生物质燃料

生物质能源是指能够提供可更新能源供应品——生物燃料的主要构成部分,用以生产热能、动能和电能的那部分生物质资源。该定义涵盖了两个要点:第一,生物质资源都是潜在的生物质能源,但二者并不等同,只有当生物质资源是用来生产人类所需的热能、动能和电能时才能被称为是生物质能源；第二,生物燃料是人类所要利用的那部分生物质能的载体。由植物经光合作用固定的太阳能是世界基础能源消耗量的五倍之多,也就是说被利用的生物质能只占理论生物质能储量的2%～3% ,这意味着生物质能源被开发利用的空间还十分庞大。

生物燃料（biofuel）它涵盖所有以农林产品或其副产品、工业废弃物、生活垃圾等生物有机体及其新陈代谢排泄物为原料制取的燃料。但大多数情况下,“biofuel”用来专指生物乙醇、甲醇和生物柴油之类的液态生物燃料。因为液态生物燃料产品被认为是汽油和石化产品的最佳替代或补充。

2.3乙醇燃料的制备

生物乙醇是以富含淀粉，糖分的生物质为原料通过发酵和蒸馏提纯制得的乙醇，属于可再生资源。生物质原料包括玉米，高粱，小麦，大麦，甘蔗，甜菜，土豆等含糖类和淀粉的农作物。此外城市垃圾，甘蔗渣，小树干，木片碎屑等纤维质原料也可用来生产生物乙醇。目前生物乙醇主要来自于谷物粮食发酵，该工艺生产技术已经相当成熟，但生产成本较高，且受到粮食安全等社会因素的制约。生物乙醇最廉价的智取途径是废弃的农作物秸秆发酵。生物乙醇可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。汽油掺乙醇有两个作用：一是乙醇辛烷值高达115，可以取代污染环境的含铅添加剂来改善汽油的防爆性能；二是乙醇含氧量高，可以改善燃烧，减少发动机内的碳沉淀和-氧化碳等不完全燃烧污染物排放。同体积的生物乙醇汽油和汽油相比，燃烧热值低30％左右，但因为只掺入10％，热值减少不显著，而且不需要改造发动机就可以使用。

生物燃料乙醇是通过发酵法生产的，即利用微生物的发酵作用将糖分或淀粉

转化为乙醇和CO

，也可将纤维素类水解生成单糖后再发酵产生乙醇。用于发酵

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法制取燃料乙醇的原料，按成分分为三种：糖质、淀粉质和纤维素，后两种原料均需要先通过水解得到可发酵糖；按照发酵过程物料存在状态，可分为固体发酵法、半固体发酵法和液体发酵法；根据发酵醪注入发酵罐的方式不同，可分为间歇式、半连续式和连续式。糖质原料制取乙醇技术是以甘蔗、甜高粱茎秆为原料，经过物理方法预处理后，采用发酵蒸馏的方法生产燃料乙醇；淀粉质原料制取乙醇技术是以玉米、木薯、甘薯等淀粉含量高的生物质为原料，经过粉碎、蒸煮和糖化后，形成可发酵性糖，再进行发酵处理，得到燃料乙醇的技术；纤维素原料制取乙醇技术是以秸秆为原料，经过物理或化学方法预处理，利用酸水解或酶水解的方法将秸秆中的纤维素和半纤维素降解为单糖，然后，再经过发酵和蒸馏生产的燃料乙醇的技术。

2.4乙醇燃料的发展前景

目前世界上使用乙醇汽油的国家主要是美国、巴西等国。在美国使用的是E85乙醇汽油，即85%的乙醇和15%的汽油混合作为燃料，而美国是用甘蔗和玉米来生产乙醇的，这种E85汽油的价格与性能与常规汽油相似。

我国化石资源相对缺乏，必须大力发展生物乙醇燃料。一方面，我国面临能源短缺的压力。 2009年中国的石油对外依存度突破51.2%，到2020年中国石油需求量将高达4.5亿吨，其中2.5亿吨来自进口。近年国际油价大幅飙升，对中国经济造成了影响，利用可再生资源发展生物乙醇，可以部分替代常规能源，有效缓解能源短缺。另一方面，发展燃料乙醇是调整我国农业结构，提高农民收入的有效手段。生物质的利用可以带动农村经济，增加农民收入，促进农业的工业化、中小城镇建设、富余劳动力转移，缩小城乡差别。特别是可以有效地利用盐碱地、滩涂地、生荒地等，组织农村富余劳动力种植能源作物，促进农业产业的良性循环，形成一个长期、稳定、可控的生产和消费市场，为农业的产业化和解决“三农”问题探索一条新途径。另外，推广燃料乙醇还可以减少化石燃料对环境造成的污染，对环境起到保护和改善作用。用乙醇替代等量汽油，可降低汽车尾气有害物质和温室气体的排放，为实现我国碳减排的长期目标提供了支持。

目前，我国淀粉类原料发酵法制取乙醇技术比较成熟，并已经进行了工业化生产，中粮集团正在广西北海建设年产20 万吨燃料乙醇项目。我国在甜高粱、木薯等能源作物开发和利用方面取得了一定成绩，自主开发的固体、液体发酵工艺和技术达到应用水平，并在黑龙江省建成年产5000 吨的甜高粱茎秆生产乙醇示范装置。但是，目前还存在着发酵菌种培育、关键工艺和配套设备优化、废渣废水回收利用等问题。据测算，我国农作物秸秆年产量约 6 亿吨，其中有 1.5